热电发电系统以及具有其的车辆排气歧管的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月29日提交的韩国专利申请第10-2016-0037942号的优先权和权益，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

本发明涉及一种热电发电系统以及具有该热电发电系统的车辆排气歧管，更具体而言，本发明涉及能够由排放气体直接供热从而大幅提高发电效率的热电发电系统以及具有该热电发电系统的车辆排气歧管。

背景技术：

已知地，热电发电系统被配置为使用热电模块来发电，其中，热电模块可以使用通过在其两个表面之间的温度差来产生热电动势的赛贝克效应来发电。

同时，在热电发电系统旨在应用至车辆时，为了足量地确保热电模块的温度差，热电模块的一个表面可以安装在车辆排气管线部件(例如，排气管道或车辆排气歧管)中，而热电模块的另一个表面可以设置有冷却系统。

因此，热电模块的一个表面可以由于排放气体的高热量而形成热侧，而热电模块的另一个表面可以由于冷却系统的冷却水而形成冷侧。如此，可以通过热电模块的热侧和冷侧之间的温度差而发电。

然而，由于现有排气管线部件(例如，排气管道和排气歧管)的不平的表面或热电模块的形状的限制，可能不足量地确保热电模块与排气管线部件的表面之间的接触面积，从而在热量从排放气体传递至热电模块的一个表面时，热量损失可能很严重。

由于热量的损失导致不能足量地确保热电模块的热侧与冷侧之间的温度差，所以热电模块的发电效率可能下降。

公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增强对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的各个方面提供了一种热电发电系统，其能够通过在热量从排放气体传递至热电发电系统时最小化热传递阻抗元素来大幅提高热电模块的热侧与冷侧之间的温度差，从而提高热电发电系统的发电效率，本发明的各个方面还提供了具有该热电发电系统的车辆排气歧管。

根据本发明的示例性实施方案，一种热电发电系统，包括：基座，其被配置为安装在车辆排气管线部件的一侧；以及至少一个热电模块，其被配置为安装在基座的顶表面上，其中，排气管线部件的一侧设置有与排气管线部件的内部空间连通的开口，基座被安装为密封排气管线部件的开口，并且基座由导热材料制成，并且基座的表面形成有绝缘层。

该热电模块可以包括：至少一个下电极，其被配置为安装在基座的顶表面上；至少一个上电极，其被配置为设置在下电极的上部且彼此隔开；以及至少一对热电元件，其被配置为插置在下电极与上电极之间，并且连接至下电极和上电极。

基座可以具有形成在其底表面上的多个热传递鳍片，所述多个热传递鳍片可以位于排气管线部件的开口内。

开口的边缘可以形成有厚壁部，该厚壁部的厚度大于车辆排气管线部件的体壁的厚度，热传递鳍片的厚度可以形成为小于厚壁部的厚度。

热电模块可以进一步包括至少一个上座，其设置在上电极的顶表面上，该上座可以设置有冷却套管。

基座可以具有至少一个穿透部，下电极可以被安装为密封穿透部，下电极的底表面可以形成有多个热传递鳍片，该多个热传递鳍片可以穿透基座的穿透部。

该热电发电系统可以进一步包括：压力构件，其被配置为将热电模块压向基座。

该热电发电系统可以进一步包括：压力板，其被配置为压迫压力构件。

该热电发电系统可以进一步包括：绝热材料，其被配置为填充在热电模块的周围。

根据本发明的另一示例性实施方案，一种车辆排气歧管包括：歧管本体，其被配置为具有形成在其至少一部分的顶表面上的平整表面，该平整表面的一侧形成有开口；以及热电发电系统，其被配置为安装在歧管本体的平整表面上，其中，热电发电系统包括基座和至少一个热电模块，所述基座被安装为密封歧管本体的开口，所述至少一个热电模块安装在基座的顶表面上。

基座可以由导热材料组成，并且基座的表面可以形成有绝缘层。

该热电模块可以包括：至少一个下电极，其被配置为安装在基座的顶表面上；至少一个上电极，其被配置为设置在下电极的上部且彼此隔开；以及至少一对热电元件，其被配置为插置在下电极与上电极之间，并且连接至下电极和上电极。

基座可以具有形成在其底表面上的多个热传递鳍片，所述多个热传递鳍片可以位于排气管线部件的开口内。

开口的边缘可以形成有厚壁部，该厚壁部的厚度大于车辆排气管线部件的体壁的厚度，热传递鳍片的厚度可以形成为小于厚壁部的厚度。

热电模块可以进一步包括至少一个上座，其设置在上电极的顶表面上，该上座可以设置有冷却套管。

基座可以具有至少一个穿透部，下电极可以被安装为密封穿透部，下电极的底表面可以形成有多个热传递鳍片，该多个热传递鳍片可以穿透基座的穿透部。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

图1是示出根据本发明的示例性实施方案的车辆排气歧管以及连接至该车辆排气歧管的催化转化器的立体图；

图2是示出根据本发明的示例性实施方案的车辆排气歧管的侧视图；

图3是从图2的箭头方向a观察的顶视图；

图4是示出图3的歧管本体的平整表面形成有开口的状态的图；

图5是沿着图4的线b-b获得的横截面视图，并且是示出根据本发明的示例性实施方案的热电发电系统安装在歧管本体的开口处的状态的横截面视图；

图6是示出根据本发明的另一示例性实施方案的热电发电系统的下电极与基座的联接结构的横截面视图；

图7是从顶部观察的图6的基座的顶视图；

图8是从底部观察的图6的上座的底视图；

图9是示出根据本发明的另一示例性实施方案的热电发电系统的下电极通过焊接等与基座联接的状态的图；以及

图10是示出根据本发明的另一示例性实施方案的热电发电系统的下电极通过紧固件等与基座联接的状态的图。

应当了解，所附附图并不必须是按比例绘制的，其呈现了某种程度上经过简化的说明本发明的基本原理的各个特征。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和形状将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图形中，在附图的多幅附图中，附图标记指本发明的相同的或等同的部件。

附图标记

10：歧管本体

11：入口部

12：出口部

13：平整表面

14：螺栓

15：催化转化器

16：入口凸缘

18：开口

19：厚壁部

20：热电模块

21、22：热电元件

23：下电极

24：上电极

25：基座

27、23a：热传递鳍片。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被示出在附图中并描述如下。虽然本发明与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种可替选形式、修改形式、等同形式及其他实施方案。

参照图1至图3，根据本发明的各个示例性实施方案的车辆排气歧管可以包括歧管本体10。

歧管本体10的一侧设置有向外延伸的多个入口部11，其中，该多个入口部11可以与发动机侧联接，以将发动机产生的排放气体经由该多个入口部11引入到歧管本体10中。

该多个入口部11可以与入口凸缘16联接，其中，入口凸缘16可以具有与该多个入口部11连通的多个开口。

歧管本体10的另一侧可以设置有出口部12，其中，出口部12可以连接至催化转化器15或排气管道等。

歧管本体10的内侧可以形成有收集经由多个入口部11引入的排放气体的空间。

歧管本体10可以具有平整表面13，其形成在歧管本体的至少一个表面上。图1至图3示出的是，平整表面13形成在歧管本体10的顶表面上。

由于歧管本体10的至少一个表面上形成了平整表面13，歧管本体10的体积可以形成为大于每个入口部11的体积，从而，歧管本体10的横截面面积可以形成为大于入口部的横截面面积以减小回压，从而大幅提高排放气体的可流动性。

此外，如图2所示，平整表面13可以与水平表面以预定角度倾斜设置，从而可以更平稳地实现排放气体的流动。

此外，歧管本体10的平整表面13可以设置有向上突出的多个螺栓14。螺栓14可以通过焊接等固定到歧管本体10的平整表面13。

参照图4，歧管本体10的平整表面13可以形成有开口18，其与歧管本体10的内部空间连通，而且，平整表面13上可以非常稳固且稳定地安装热电发电系统。此外，可以在开口18处安装热电发电系统的热侧以将热量从排放气体直接传递至热电发电系统，使得热电发电系统的热侧与冷侧之间的温度差可以大幅增加，从而大幅提高发电效率。

参照图5，根据本发明的各个示例性实施方案的热电发电系统可以包括基座25以及安装在基座25的顶表面上的至少一个热电模块20。

基座25可以由导热材料制成，例如铜和不锈钢，而在基座25的表面上可以形成绝缘层26。

如图5所示，基座25可以安装在排气歧管的歧管本体10的平整表面13上，使得基座25的底表面可以直接接触平整表面13的开口18。因为基座25直接接触开口18，穿过歧管本体10的内部空间的来自排放气体的热量可以直接传递至基座25。由此，在热量从排放气体传递至热电发电系统时导致的热量损失可以最小化，从而增加热电发电系统的热侧与冷侧之间的温度差，从而大幅提高发电效率。

同时，根据本发明的各个示例性实施方案的热电发电系统还可以安装在排放气体穿过的各种类型的排气管线部件中，例如具有图1至图4的平整表面13的排气歧管以及排气管道。总之，根据本发明的各个示例性实施方案的热电发电系统还可以安装在排放气体穿过的各种类型的排气管线部件中，例如具有形成在其至少一个表面上的平整表面的排气歧管以及排气管道。

基座25的尺寸被配置为可以覆盖开口18的边缘，使得基座25的底表面的边缘可以通过焊接等密封地安装在开口18的边缘。因此，当然可以防止排放气体经由开口18泄露到外部。

此外，基座25的底表面设置有多个热传递鳍片27，该多个热传递鳍片27设置在开口18内，使得来自排放气体的热量可以经由该多个热传递鳍片27直接传递至基座25，并且热传递率可以通过热传递鳍片27而大幅提高。

同时，开口18的边缘可以形成有厚壁部19，其厚度t2大于歧管本体10的体壁的厚度t1。

热传递鳍片27的厚度t3可以形成为小于厚壁部19的厚度t2，使得热传递鳍片27的下端27a可以以预定间隔s与歧管本体10的顶表面10a隔开。由此，可以不将热传递鳍片27拉入歧管本体10的内部空间，使得热传递鳍片27不会影响到排放气体的回压。

此外，每个热传递鳍片27可以与排放气体的流动方向平行地延伸，从而对排放气体的回压的影响可以最小化。

热电模块20可以包括安装在基座25的顶表面上的至少一个下电极23、设置在下电极23的上部的彼此隔开的至少一个上电极24、以及插置在下电极23与上电极24之间的至少一对热电元件21和22。

下电极23可以安装在基座25的顶表面上，尤其是，可以通过粘合剂等固定在基座25的绝缘层26上。

上电极24可以设置在下电极23的相对侧，即，上部，同时彼此隔开。具体而言，上电极24和下电极23可以布置为锯齿结构。

成对的热电元件21和22彼此可以具有相反的极性，如p型半导体元件、n型半导体元件等。

此外，可以在上电极24的顶表面上安装上座29，还可以在上座29的顶表面上安装冷却套管30，其具有冷却介质在其中穿过的冷却通道。

如图5所示，当安装了多个热电模块20并且从而安装了多个冷却套管30对应于每个热电模块20时，在该多个冷却套管30之间可以安装连接器32，并且连接器32可以具有连接通道，冷却介质流通过该连接通道而连接在相邻的冷却套管30之间。

通过该配置，在根据本发明的各个示例性实施方案的热电发电系统中，基座25(来自排放气体的热量直接传递至此)可以被配置为热侧，而上座29(冷却空气从冷却套管30传递至此)可以被配置为冷侧。从而，该热电发电系统可以使用热侧与冷侧之间的温度差来进行热电发电。

此外，如图5所示，根据本发明的各个示例性实施方案的热电发电系统可以进一步包括压力构件41，其将热电模块20压向基座25。

根据本发明的示例性实施方案，压力构件41可以被配置为安装在冷却套管30的上部的压力垫。压力垫可以具有陶瓷纤维以及层压硅酸盐材料的复合结构，从而具有预定的压缩率。接触压力可以依据压缩垫31的压缩率而得到控制，从而确保适当的对于热电模块20的压力性能。

热电模块20和冷却套管30可以通过压力构件41更稳固地安装到排气管线部件，例如歧管本体10和排气管道，从而有效地防止热电模块20由于振动等而损坏。此外，热电模块20通过压力构件41粘合到排气管线部件(例如，歧管本体10和排气管道)的平整表面13，从而维持冷却套管30与热电模块20的稳固的可安装性。

根据本发明的另一示例性实施方案，压力构件41可以由具有吸震性和增压性的金属网形成，该金属网可以具有类似前述压缩垫的压缩率的预定的压缩率，并且，接触压力可以依据金属网的压缩率而受到控制，从而确保适当的对于热电模块20的压力性能。

此外，金属网具有吸震性以对于热电模块20的热膨胀执行适当的吸震功能，从而更有效地防止热电模块20损坏。

此外，在排气管线部件(例如歧管本体10和排气管道)的上部可以经由螺栓14安装热保护盖50。热保护盖50可以被配置为覆盖热电发电系统的上部和侧表面。

随着紧固件14a(例如，螺母)与螺栓14的上端紧固，热保护盖50可以被安装为覆盖排气管线部件(例如，歧管本体10和排气管道)的上部。由于热保护盖50覆盖了排气管线部件(例如，歧管本体10和排气管道)的上部，可以防止来自排放气体的热量损失到外面，而且，热电模块20等可以受到稳定的保护而不受外界物理影响。

在压力构件41的上部可以安装压力板42，其压迫压力构件41，压力板42可以经由辅助螺栓46安装。

随着压力板42在辅助螺栓46的上端就位，然后紧固件46a(例如，螺母)紧固在辅助螺栓46的上端的螺纹部，压力板42可以安装在压力构件41的顶表面上。

此外，热电模块20的周围可以密实地填充绝热材料45，例如玻璃棉，从而能够防止热电模块20的各种类型的部件分离到外面，并且有效地防止热量损失到外面，从而足量地确保热电模块20的冷侧与热侧之间的温度差。

此外，除了在热电模块20的周围，可以填充绝热材料45包裹热保护盖50内的热电模块20、冷却套管30、压力垫41、压力板42等。

图6至图10是示出根据本发明的另一示例性实施方案的热电发电系统的图。

参照图6，在根据本发明的另一示例性实施方案的热电发电系统中，在下电极23的底表面上形成了多个热传递鳍片23a，下电极23的热传递鳍片23a被安装为穿透基座25，使得下电极23可以被配置为直接接收来自排放气体的热量，从而进一步增加排放气体的热传递率。

如图6和图7所示，基座25具有多个穿透部25a，在穿透部25a中，下电极23的热传递鳍片23a被安装为穿透每个穿透部25a，并且下电极23可以被安装为密封穿透部25a。

在下电极23的顶表面上可以设置多个凹槽部23b，每个热电元件21和22的下端可以插入到凹槽部中。因此，热电元件21和22的组装性能和可安装性可以提高。

同时，如图9所示，下电极23的边缘可以通过硬钎焊、软钎焊、电焊25b等而与基座25的穿透部25a的边缘联接。

与此不同，如图10所示，下电极23的边缘也可以通过紧固件25c(例如，螺钉和铆钉)而与基座25的穿透部25a的边缘联接。

此外，如图8所示，多个上电极24附接至上座29的底表面。

如上所述，根据本发明的示例性实施方案，热电发电系统的热侧与冷侧之间的温度差可以通过将热量从排放气体直接传递至安装在排气管线部件(例如，排气歧管和排气管道)中的热电发电系统而大幅提高，从而大幅提高发电效率。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“靠上”、“靠下”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背”、“内”、“外”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“向前”、“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够利用并实现本发明的各种示例性实施方案及其各种可替选形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式来限定。